揭秘“中国超算之父”金怡濂:神威太湖之光问鼎世界冠军,他让世界看到了中国速度
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1946年,世界上第一台电子计算机在美国宾夕法尼亚大学诞生,人类开始挺进信息时代,新的技术竞赛也在各国悄然展开。
中国的计算机研究虽然起步较晚,但伴随新中国的崛起,我国科学家惊人的智慧、坚韧的意志推动我国的计算机事业从无到有,逐渐缩短了与发达国家的差距,实现了我国计算机技术的跨越发展,金怡濂就是这些杰出科学家中的代表之一。早在绝大部分中国人还不知计算机为何物时,金怡濂就参与了中国第一台大型电子计算机的研制。
中国科技领域的政府最高奖励——国家最高科学技术奖仅授予过两位计算机领域的专家,一位是发明激光汉子照排系统的王选,另一位就是“神威”超级计算机系统的总设计师金怡濂。
家风与教育铸就坚实根基
1929年,金怡濂出生在天津的一个知识分子家庭,虽不算名门之后,却也称得上家学渊源。父亲是留学美国的工程师,母亲是知书达理的大家闺秀。
金怡濂成长在战乱动荡的年代,但他的父亲以茅以升、詹天佑等人作榜样告诫子女,中国虽然暂时穷困,但中国人非常聪明,只要下功夫、肯努力,开动脑筋,外国人能办到的事情,中国人也一定能做到。父亲的话长久地留在他的脑海中,对他的治学生涯产生了莫大的影响。
他至今记得,有一次父亲带他去电话局的机房,满屋子嘀嗒作响的机器让他觉得复杂又神奇。自那时起,他就朦胧地有了长大后像父亲一样当个工程师的想法。
后来,日军侵华,天津沦陷。父亲金奎不愿为日本人做事,辞职另谋了份薪酬微薄的差事,家中经济日渐拮据。读小学时,校长因反抗日本帝国主义文化侵略被暗杀,未满十岁的他经历这一事件,既震惊又悲愤。他暗暗下决心,要努力学习和工作,帮助国家和民族摆脱贫穷落后面貌,不再被外强侵略。
金怡濂想当工程师的理想逐渐转化为科学救国的志向,并一直伴随着他发奋学习、努力工作,为我国巨型计算机事业做出巨大贡献。 在耀华学校的十二年间,金怡濂培养了对理科的兴趣和偏爱,为他以后事业的起飞做了良好的铺垫。
1947年,金怡濂中学毕业,同时被清华大学、北洋大学等四所学校录取。四家院校都录取了,这自然是好事,但在做选择时却遇到了麻烦。尽管金怡镰自己一心想上清华,但家里人还是希望他去燕京上学,因为燕京已经申请到公费生,可以为生活拮据的家中省下一大笔钱。
但金怡濂的父亲觉得,电机系开设的是热门尖端科学,学这个专业,不仅将来可以谋到一个可靠的饭碗,更重要的,可以实现科学救国的理想。从这个意义上讲,花点钱值得。
就这样,差点与清华失之交臂的金怡濂最终进入成绩要求最高的清华大学,并“子承父业”地选择了电机系。清华电机系届人才辈出,迄今为止,他们班已经出了4名院士和一名总理。
当时的清华电机系课程设置先进,师资力量强大,有多位世界知名教授。很多基础课都由赫赫有名的学者讲授,使他打下扎实的理论基础。而名教授们教给的学习方法,例如世界级电信网络专家闵乃大教授教给他们的“抓住概念”的方法,使他受用终身。
大学四年,金怡镰珍惜来之不易的机会,学习非常勤奋刻苦,成为一名品学兼优的高材生,为他以后在巨型机事业上的发展,奠定了坚实基础。
当时,电子计算机刚问世10年。中国没多少人知道什么是计算机,国家急缺人才,与其说他选择了计算机,不如说是计算机选择了他。
学成归国开拓中国巨型计算机事业
20世纪50年代初,世界计算机的研制刚刚起步不久。1956年,电子计算机被列入我国科学技术发展十二年远景规划重点发展学科,成为“四项紧急措施”之一。
不久后,20个年轻人被选派赴苏联学习计算机研制,时年27岁、风华正茂的金怡濂幸运入选。从此,金怡濂与计算机结下了不解之缘。
当年年底,金怡濂抵达莫斯科,被分配到苏联科学院精密机械与计算技术研究所进修学习。发展中国的巨型计算机事业,使之在世界巨型机领域中占有一席之地,这是金怡濂魂牵梦萦的追求。他非常珍惜难得的留学机会,全身心地投入学习之中。
刚到苏联时,因为语言上的障碍,他经常听不懂课,他就拿上准备好的会话手册边对照边琢磨。
他住在莫斯科南端的苏联科学院研究生宿舍,在城北端的研究所做实验,中途需换4次公共汽车和地铁,来回3个多小时。但他每天都要抱回一大堆资料,虽已精疲力竭,却仍坚持学习到深夜。虽然很辛苦,但祖国的重托与早年的愿望激励他夜以继日,苦心钻研。
留学苏联时期的金怡濂
留学的几年间,一门心思学习的金怡濂无暇娱乐。那首久唱不衰的歌曲《莫斯科郊外的晚上》,他在留学期间竟没留意去听。当他知道这首歌曲的时候,已是上个世纪的90年代,当时正是研制“神威”巨型计算机压力最大的时候,助手们想让“总师”放松一下,特意为他点唱一支他应该最熟悉的《莫斯科郊外的晚上》,结果却出现了金总师拿着话筒“不能歌”的尴尬场面。
回国后,金怡濂参加了我国第一台大型电子计算机——104机的研制。不久这台计算机研制成功向国庆10周年献上一份厚礼,为当时国家许多重大课题的研究立下了汗马功劳。
20世纪70年代初,金怡濂在国内首次提出了双处理机机制,实现了并行处理以及结构模块化和多重化等创新理念。在他与其他科学家的共同主持下我国的计算机运算速度达到350万次/秒。
老骥伏枥显“神威”
1976年,美国科学家西蒙·克雷首创巨型计算机,在当时以运算速度最高、系统规模最大、具有较强的处理能力享誉世界。
巨型计算机也叫高性能计算机,是一种超级计算机。由于超级计算机运算速度快处理数据图像的能力强,加快了科研开发速度,在科研和国民经济领域有广泛的应用。拥有高性能计算机技术及其产品.不仅是衡量一个国家计算机研制水平的重要标志,也是一个国家综合国力的重要标志之一。
20世纪90年代,正是世界巨型机快速发展时期。美、日两国先后轮番推出20余种新机型,运算速度以千亿次为基本单位迭次上升,新技术不断得到开发和应用。
与此同时,我国巨型机研制同样进入快车道,国务院决定研制“神威”高性能计算机。消息传来,科研人员激动不已。他们认为,这时我国亿次巨型机已经问世,下一步肯定要向百亿次冲击了。
此时的金怡濂已年近七旬,已退出巨型机研制第一线。多数专家认为,根据现有的技术条件和经验,百亿次机是比较可行的选择。惟有金怡镰认为,根据我们现有的研制水平,完全有能力造一台千亿次巨型机。
金怡镰提出,可以以“平面格栅网”为基础,实行“分布共享存储器大规模并行结构”,按这一思路进行研制,巨型机由亿次直接攀升至千亿次成为可能。
就这样,金怡镰在早过花甲之年,接过执掌研制千亿次巨型机的帅旗,历史给了他再创辉煌事业的机遇。
他对技术人员说“我们必须保证‘神威’出机时进人世界先进行列。”为此他先后三次调整方案,提高“神威”的关键技术指标。就在“神威”预定出机鉴定的前一年,他仍决定调整指标。他宣布把“神威”机的运算速度提高到每秒千亿次以上。
作为总设计师,金怡镰本来把把大方向、抓抓大事情就够了,但他坚持把目光关注到研制的末梢,常常亲自上阵把关。
印制电路板被称为巨型机研制中的“极限”工艺,为了达到自己提出的“零缺陷”要求,他就泡在噪音震耳、化学气味刺鼻的车间里,跟踪观察全过程,和工作人员一起用砂纸磨模具,用卡尺量尺寸,加班到深夜两、三点。大家都说“金总师不像一个大院士,更像一个老工人。”
金怡镰带领团队历时几年,呕心沥血、刻苦攻关,终于取得丰厚的回报,“神威”巨型机峰值运算速度达每秒3840亿浮点结果。
1999年9月,中国中央电视台向全世界郑重宣布:由中国国家并行计算机工程研究中心牵头研制的“神威”高性能计算机系统研制成功,并投入商业运行。
“神威”计算机
刚刚掀开“盖头”的“神威”,就因对国庆周年当天天气的准确预报而被传为佳话。国庆50周年,“神威”准确计算出当天北京的天气:清晨5时雨会停,3个小时过后将云开雾散。在天安门广场盛况空前的国庆阅兵典礼现场,当太阳如期露出笑颜,受邀参加观礼的“神威”总设计师金怡濂也笑了。
此后,金怡濂带领他的团队再次向世界最先进水平发起冲击。2001年底,“神威Ⅱ”研制完成,速度达到每秒13.1万亿次,其峰值速度和持续速度均超过了当时排名第一的高性能计算机;机器体积大为缩小,功耗也较低。
2003年2月,金怡濂在第三届国家科学技术奖励大会上获得了最高科学技术奖。作为技术顾问,他又开始积极参与国产CPU芯片的研制和开发,并指导了使用“中国芯”的“神威·蓝光”高性能计算机的研制。
2013年,中国计算机学会(CCF)将2012“CCF终身成就奖”授予金怡濂,而在金怡濂看来,这个“终身成就奖”只是一个阶段性的总结,内涵是“以资鼓励,继续努力”。
计算机是年轻人的事业。金怡濂眼光看得更远,他把培养年轻人看成计算机研制的重中之重,提出了研制一代机器造就一批人才的设想。作为总工程师,他不仅授业解惑同时教之以德。在他的研究群体中,平均年龄才28岁。
当年的小字辈今天多已成才,他们有的获得了中国青年科学家奖,有的获得了国家科技进步奖,更多的担任了各级技术负责职务,其中还有几位当选院士。他们跟金怡濂一道,共同支撑起了中国巨型机事业的未来。
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